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研究生:陳宏毓
研究生(外文):Hong-Yu Chen
論文名稱:廬山地滑與雨量關係之研究
論文名稱(外文):The Study of the Relationship between Lushan Landslide and Rainfall
指導教授:張光宗
口試委員:廖志中董家鈞蘇苗彬
口試日期:2017-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:水土保持學系所
學門:農業科學學門
學類:水土保持學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:廬山地滑位移設計降雨Plaxis 3D
外文關鍵詞:Lushanlandslidedisplacementdesign rainfallPlaxis 3D
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位於南投縣仁愛鄉之廬山地滑區,每逢颱風豪雨即會發生地層滑動,甚至導致道路中斷而嚴重影響下邊坡處之廬山溫泉觀光區與當地居民之財產安全。了解廬山地滑區最終是否會崩塌是許多人想知道的問題。本研究用降雨因子對廬山地滑區作分析,利用Plaxis 3D三維有限元素分析軟體建立廬山地滑區之模型,並利用2006年重創中南部的超大豪雨69水災與2009年的莫拉克颱風兩場事件作模型之驗證,比對了水土保持局與中央地質調查所之觀測資料確認模型之有效性,再參考水文設計應用手冊設計降雨,在廬山地滑區分別模擬24、48及72小時降雨延時之5、10、25、50、100及200重現期距共18場之降雨事件,觀察廬山地滑區是否會因為極端降雨而導致崩塌。
本研究模型經過驗證後,可適當地反映現地之情況並分析了廬山地滑區位移與降雨之關係,得到廬山地滑區皆在這18場降雨事件的最大降雨強度之後造成最大位移,而不論何場降雨事件,地滑區皆會在累積降雨量達到250mm左右時產生一次階段型位移,根據中央氣象局對豪雨之定義:24小時累積雨量達200mm以上即為豪雨,則本模型若降下豪雨等級的雨量則會造成一次相對較大的位移。
在分析後發現,即使本廬山地滑區之模型地下水位達到地表,模型也未因此而崩塌,故在本研究的最後將模型之凝聚力於予減少,模擬廬山地滑區強度經過弱化後,何時會達到崩塌。結果顯示在廬山地滑區之滑動部分及其下邊坡凝聚力減為95及105 kPa時,在降雨延時為48小時重現期距為200年之極端降雨下,會造成崩塌。
The Lushan slope located in the Renai Township, Nantou County, has slid and disconnected the road due to typhoons for recent decades. It’s seriously affecting the Lushan Hot Springs Area and the property security of the local residents in the lower slope of Lushan Hot Springs Area. Therefore, Whether Lushan landslide area will eventually collapse or not is the problem many people want to know. This study built the numerical model by Plaxis 3D, and analyze the Lushan Landslide with respect to rainfall. The numerical model was validated by 69 Heavy Rainfall and Typhoon Morakot. After proving the effectiveness of the model by checking the observation data of the two rain events, we design 18 rainfall events and use them to analyse if Lushan landslide area will eventually collapse. These 18 rainfall events were 24hr, 48hr and 72hr rainfall duration with the rainfall of 5, 10, 25, 50, 100 and 200 years recurrence interval, respectively.
This model has been validated to reflect the current situation of the reality appropriately. This study shows the relationship between the displacement and rainfall in the landslide area. According to the results, the maximum displacement of Lushan landslide area occurs at the maximum rainfall intensity of the 18 rainfall events. And no matter which rainfall event, the first stage displacement occurs when the cumulative rainfall reaches 250mm. A big displacement will occurs due to heavy rainfall defined by Central Meteorological Bureau.
The Lushan landslide area will not collapse during these 18 rainfall events. Even the ground water is raised to the surface, it will not collapse. At last, the strength of the slope is reduced to cause collapse. The results show that when the cohesions of the landslide part and its lower slope drop to 95 and 105 kPa, the slope will collapse during 48hr rainfall duration with the rainfall of 200 years recurrence interval.
目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 前言 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 1
1.3 研究流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1常見之坡地災害 4
2.1.1山崩、地滑、土石流定義 5
2.1.2 影響地滑之因子 7
2.1.3 邊坡位移歷時曲線 8
2.2降雨 9
2.2.1降雨影響坡面穩定因素 9
2.2.2降雨造成土壤有效應力降低 10
2.2.3設計降雨 11
2.3 PLAXIS有限元素軟體 21
2.3.1土壤材料模型:莫爾庫倫模型 21
2.3.2 Plaxis中有效應力定義 22
2.4 相關研究 23
第三章 研究方法 24
3.1 研究區域 24
3.1.1 地理位置 24
3.1.2 地質狀況 25
3.2 數值模型建立 26
3.2.1 網格密度 29
3.2.2 水力邊界條件(GroundwaterFlow Boundary) 30
3.2.3 變形邊界條件(Deformation Boundary) 31
3.2.4 地質參數 32
3.3 觀測資料 35
3.3.1 位移資料 35
3.3.2 地下水位資料 38
3.4 雨量資料 41
3.4.1 莫拉克颱風雨量資料 41
3.4.2 設計降雨 42
3.5 計算程序設定 53
3.5.1計算程序 53
第四章 數值模擬分析結果 56
4.1 廬山地滑區之模型驗證 56
4.1.1 69水災 56
4.1.2 莫拉克降雨 58
4.2 廬山地滑區不同降雨關係之模擬結果 63
4.2.1 上邊坡與中邊坡比較 71
4.3 廬山地滑區之崩塌狀態 93
4.3.1 地下水位位於地表時 93
4.3.2 將邊坡強度降低時 94
第五章 結論與建議 97
5.1 結論 97
5.2 建議 98
參考文獻 99
1.林經捷(2006),「降雨對邊坡穩定性之影響—以九份地滑地為例」,國立台北科技大學土木與防災研究所碩士學位論文
2.孔郁婓(2014),「利用PLAXIS軟件計算考慮降雨的邊坡穩定性」,2014年6月第三期水利水運工程學報,1009-640X(2014)03-0070-07
3.張光宗、黃祥慶、林銘郎、張益通(2009),「板岩地滑區的地質調查與分析-以廬山溫泉滑動邊坡為例」,中華水土保持學報,40(4):393-407(2009)
4.經濟部水資源局(2001),「水文設計應用手冊」
5.經濟部中央地質調查所(2010),「99年度南投縣廬山溫泉北坡監測及預警系統系統擴充及維護」,期末監測成果報告
6.行政院農業委員會水土保持局第三工程所(2006),「台14線88K至91K地滑地治理調查規劃工程」,成果報告書
7.白烈燑、王慶豐、陳進興、徐瑞宏、黃皇嘉(2013),「濁水溪流域颱風降雨特性」,中華水土保持學報,45(2):641-652(2013)
8.林錫宏、紀宗吉、費立沅(2016),「掌握山崩的前兆」,科學發展第524期
9.渡正亮、小橋澄治(1987),地エトベ・斜面崩壊ソ予知シ対策,山海堂
10.林俐玲、黃振全、顏呈仰、黃貞凱、鄭裕適、張益通(2010),「深層岩體潛移邊坡滑動行為研究─以廬山地滑為例」,中華水土保持學報,42 (1):1-14.
11.Varnes, D. J. (1978) Slope movement types and processes: In Landslides,Analysis and Control. Nat. Acad. Sci. Spec. Rep., 176, 11-35
12.Chang, K.T.*, Huang, H.C.(2015). ”Three-dimensional analysis of a deep-seated landslide in central Taiwan.” ,Environmental Earth Sciences, 74(2),1379-13
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